Патент на изобретение №2205148

(54) СПОСОБ МНОГОСЛОЙНОЙ НАВИВКИ КАНАТА НА БАРАБАН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области подъемно-транспортного машиностроения и может быть использовано для грузоподъемных механизмов с канатными барабанами. Способ, использующий барабан, содержащий цилиндрическую рабочую поверхность с профильной винтовой канавкой и ребордами, имеющими элементы перевода каната на уровень следующего ряда, заключается в навивке каната в несколько слоев с девиацией струны каната барабана с укладкой витков каната с шагом, определяемым профильной канавкой, с подъемом витков каната в переходных зонах за счет применения элементов перевода каната на следующий слой навивки. Угол девиации струны каната обеспечивают в интервале =30′1^o, а в переходных зонах уменьшают скорость навивки каната при укладке витков до Vк= 0,51,0 м/с. Упомянутый барабан имеет в зазоре, образованном начальным витком и стенкой реборды в первом слое навивки, вкладыш клиновидной формы, каждая реборда выполнена с цилиндрическими кольцевыми ступенями, а в конце каждого слоя уложенного каната в переходных зонах для первого слоя на цилиндрической поверхности барабана и на кольцевых ступенях реборд для последующих слоев размещены клинья подъема витков каната. Профильная винтовая канавка выполнена с шагом S=(1,20,05)d_к и глубиной нарезки h=(0,30,1)d_к, а радиус профильной канавки r_к=(0,50,6)d_к, где d_к – диаметр каната. Опорная поверхность клиньев подъема витков каната может быть выполнена с подъемом не более 0,2 мм/град. Изобретение обеспечивает исключение деформации прядей каната. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области подъемно-транспортного машиностроения и может быть использовано для грузоподъемных механизмов с канатными барабанами.

Широко известны способы перемещения и подъема грузов лебедками, подъемными машинами с применением многослойной навивки на барабан рабочего органа [1], [2].

Известен способ и устройство (барабан) многослойной навивки каната, заключающийся в том, что навивка выполняется в несколько слоев с переводом каната с нижележащего слоя на последующий слой с применением в переходных зонах элементов подъема витков каната, выполненных на ребордах [3].

Известный барабан для многослойной навивки каната, выбранный в качестве прототипа заявляемого устройства, содержит цилиндрическую рабочую поверхность с профильной винтовой канавкой и ребордами, имеющими элементы перевода каната на уровень следующего ряда, где в зазоре, образованном начальным витком и стенкой реборды в первом слое навивки, установлен вкладыш, выполненный клиновидной формы, каждая реборда выполнена с циклическими кольцевыми ступенями, а в конце каждого слоя уложенного каната в переходных зонах для первого слоя на цилиндрической поверхности барабана и на кольцевых ступенях реборд для последующих слоев размещены клинья подъема витков клиновидной формы. [3].

Недостаток известного способа и устройства (барабана) заключается в том, что не обеспечивается навивка и подъем каната в переходных зонах у реборд без механической деформации проволок прядей каната и равномерная укладка каната в слоях навивки на барабан. Это объясняется тем, что в известном прототипе [3] при многослойной навивке каната на барабан неравномерность укладки вызывается тем, что не регламентируется шаг нарезки винтовой канавки на барабане, радиус профиля канавки и глубина нарезки, угол девиации (отклонения струны каната относительно плоскости симметрии, перпендикулярной оси барабана) для многослойной навивки и скорость навивки крайних витков в переходных зонах у реборд барабана, а также тем, что не определены конструктивные параметры элементов барабана: высота вкладыша, устанавливаемого в зазоре между начальным витком первого слоя и ребордой, максимальная величина высоты клина и коэффициент подъема его опорной поверхности, высота и ширина цилиндрических ступеней реборд барабана.

Неравномерность укладки витков каната в слоях навивки ведет к дополнительной деформации прядей каната в этих зонах, повышенному механическому износу и порыву проволок, что снижает срок службы каната и уровень безопасной эксплуатации подъемного устройства.

Задачей заявленного изобретения является повышение безопасности и надежности работы подъемной установки с многослойной навивкой каната на барабан, а техническим результатом – исключение деформаций прядей каната в зонах перехода с одного слоя на другой и упорядочения укладки витков каната в слоях навивки.

Технический результат достигается тем, что в заявленном способе многослойной навивки каната на барабан, содержащий цилиндрическую рабочую поверхность с профильной винтовой канавкой и ребордами, имеющими элементы для перевода каната с одного слоя на другой, включающем навивку каната с определенным углом девиации, с укладкой первого слоя в профильную канавку на цилиндрической части барабана, подъем витков каната в зонах перехода с использованием элементов подъема каната на следующий слой и навивку последующего слоя поверх уложенного нижнего слоя до противоположной реборды, согласно изобретению, обеспечивают наибольший угол девиации струны каната в переходных зонах у реборд в пределах =30′1^o, обеспечивают скорость навивки каната при укладке витков в переходных зонах в пределах V_к=0,51,0 м/с.

Технический результат достигается также тем, что в устройстве (барабане) для многослойной навивки, содержащем цилиндрическую рабочую поверхность с профильной винтовой канавкой и реборды с элементами перевода каната на уровень следующего ряда, согласно изобретению, профильная винтовая канавка на цилиндрической поверхности барабана выполнена с шагом S=(1,20,05)d_к и глубиной нарезки h=(0,30,1)d_к, радиус профильной канавки равен (0,50,6)d_к, где d_к – диаметр навиваемого каната.

В заявляемом устройстве (барабане), согласно изобретению, геометрические размеры вкладыша приняты из условия заполнения зазора в месте установки, геометрические размеры клиньев подъема приняты из условия заполнения зазора в месте установки и плавного подъема переходного витка каната на вышележащий слой, при этом подъем опорной поверхности клиньев для переходного витка не более 0,2 мм/град.

Именно заявленные соотношения угла девиации струны каната при навивке крайних витков каната в переходных зонах у реборд барабана, геометрических размеров профильной канавки на цилиндрической части барабана, величина подъема опорной поверхности клиньев для переходных витков, регламентированная скорость навивки каната на барабан в переходных зонах у реборд, обеспечивают, согласно способу, плавный перевод каната с нижележащего на последующий слой, равномерную укладку витков каната по слоям навивки, снижение механического износа и порыва проволок за счет исключения деформаций прядей каната в переходных зонах у реборд и в слоях навивки и тем самым достижение технического результата заявленного изобретения. Это позволяет сделать вывод, что заявляемые отличительные признаки изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом.

Сравнение заявляемых технических решений с прототипом позволило установить соответствие их критерию “новизна”. При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию “существенные отличия”.

Для пояснения заявленного способа на фиг.1 представлена кинематичеcкая схема взаимодействия каната и барабана подъемного устройства. На схеме показан барабан, содержащий цилиндрическую рабочую поверхность 1 с профильной канавкой 2 и реборды 3, 9. Шкив 5 служит для поддержки и направления каната, связанного через прицепное устройство с поднимаемым грузом. Канат 4 проходит через направляющий шкив и наматывается на рабочую поверхность барабана 1, формируя слои навивки от одной реборды до другой.

При навивке полного слоя каната на рабочую поверхность барабана струна каната перемещается между ребордами с углом девиации (угол отклонения от плоскости симметрии барабана) и согласно заявляемому способу наибольшее его значение в переходных зонах у реборд должно находиться в пределах =30′1^o. При превышении угла девиации относительно указанного верхнего предела возникает явление “срыва” витков вышележащего слоя навивки в переходных зонах у реборд из-за больших осевых усилий Р фиг.3 сдвига каната, возникающих от натяжения поднимаемым грузом, в результате чего нарушается равномерный переход витков верхнего слоя через витки нижнего слоя. При “срыве” витков возможен переход через два-три нижележащих витка вместо одного и из-за образующихся пропусков нарушается равномерная укладка витков каната в слоях на барабане.

Снижение угла девиации ниже указанного предела затрудняет переход витков вышележащего слоя через витки нижнего слоя в процессе укладки из-за малого осевого усилия сдвига каната, что ведет к наложению витков друг на друга в переходных зонах у реборд, что также нарушает равномерность укладки витков каната в слоях на барабане.

На фиг. 1 показан угол наклона профильной канавки рабочей поверхности барабана и углы перехода каната через витки нижележащего слоя навивки: – угол перехода в зоне левой реборды 9, – угол перехода в зоне правой реборды 3, которые соответственно равны = +, = – Указанный интервал угла девиации струны каната в заявляемом способе выбран с учетом влияния угла на угол перехода каната через витки нижележащего слоя и .

Заявляемое устройство (барабан) схематически изображено на фиг.2, продольный разрез; на фиг.3 – узел I фиг.2; на фиг.4 – правая реборда барабана заявляемого устройства, на фиг.5 – левая реборда барабана.

Барабан содержит цилиндрическую рабочую поверхность 1 с профильной канавкой 2, выполненной с шагом S, глубиной нарезки h и радиусом r_к, и реборды 3, 9. Между первым витком нижнего слоя каната и ребордой установлен вкладыш 6, предназначенный для заполнения имеющегося зазора и исключения “провала” витка вышележащего слоя в этот зазор. На ребордах выполнены цилиндрические кольцевые ступени 7 с высотой h’, h” и шириной b. На цилиндрической поверхности барабана в конце первого слоя навивки каната и в конце каждого последующего слоя на кольцевых ступенях реборд размещены клинья подъема 10, 11 витков каната для плавного перевода последнего витка слоя на вышележащий слой.

Устройство работает следующим образом. Канат диаметром d_к выходит на поверхность из цилиндра барабана через отверстие А у правой реборды фиг.4 и наматывается на поверхность барабана по профильной винтовой канавке до левой реборды 9, формируя первый слой навивки. Далее канат попадает на клин подъема 10, размещенный у левой реборды в зоне перехода, поднимается по поверхности клина и переходит на вышележащий слой с укладкой между витками нижнего слоя. В процессе подъема переходного витка канат опирается на поверхность клина подъема и укладывается между крайним витком первого слоя и поверхностью реборды, что обеспечивает его устойчивое положение в переходной зоне у реборды. При достижении максимальной точки подъема под действием осевой составляющей усилия натяжения каната Р происходит его переход с укладкой между витками нижнего слоя с перекрытием витков С (фиг.3) и обеспечение навивки второго слоя.

Навивка второго слоя каната заканчивается на первой ступени правой реборды 3, где он попадает при дальнейшем вращении барабана на клин подъема 11 со второго слоя на третий, который размещен в зоне перехода. Подъем каната по клину и переход на 3-й слой осуществляется аналогично переходу с первого на второй слой. Это относится и к последующим переходам со слоя на слой.

При навивке последнего витка второго слоя канат укладывается с опорой на вкладыш 6, что исключает его “провал” в зазор между стенкой реборды и начальным витком первого слоя навивки и тем самым обеспечивается равномерность укладки последующего третьего слоя каната.

Угол девиации каната в переходных зонах у реборд в пределах =30′1^o обеспечивает переход каната от реборд для формирования начальных витков укладываемого слоя с равномерным распределением по слою навивки.

Пример конкретной реализации.

Заявляемый способ и устройство были реализованы на грузолюдском наклонном подъеме шахты на базе подъемной машины Ц1,61,2. На указанном подъеме направляющий шкив был установлен на расстоянии 40 м от оси барабана подъемной машины, обеспечивающем, согласно заявляемому изобретению, угол девиации каната =0,86^o=52′.

Профильная винтовая канавка на барабане была выполнена с шагом S=27 мм, с глубиной нарезки 8 мм, радиус профильной канавки – 12,5 мм, что соответствует условиям заявляемого изобретения.

В зазоре, образованном начальным витком и стенкой реборды в первом слое, был установлен вкладыш, выполненный в виде элемента клиновидной формы, который имел высоту профиля по всей длине, равной h’=kd_к=18 мм, где k=0,8, а d_к=22,5.

Реборды (правая и левая) были выполнены с цилиндрическими кольцевыми ступенями с высотой ступеней, равной (n-1)kd_к шириной d_к+a, где а – величина определялась графическим путем по технологической схеме укладки витков каната, обеспечивающими 4-слойную навивку каната на барабан.

На барабане в конце первого слоя навивки в переходной зоне левой реборды и в конце каждого уложенного слоя каната на кольцевых ступенях реборд в переходных зонах были размещены клинья подъема витков каната в виде элементов клиновидной формы с наибольшей высотой профиля клина, равной kd_к=18 мм, при этом подъем опорной поверхности клиньев был выполнен не более 0,2 мм/град.

Навивка каната на барабан выполнялась с рабочей скоростью 34 м/с, при укладке каната в переходных зонах у реборд барабана скорость навивки снижалась до 0,51,0 м/с.

Как показали наблюдения, укладка каната по слоям выполнялась равномерно с плавным переходом каната со слоя на слой в переходных зонах у реборд, что обеспечило устранение механических деформаций прядей каната и повреждение проволок в прядях.

Реализация заявляемого способа позволила достичь технического результата заявленного изобретения.

Использование предлагаемого способа и устройства для многослойной навивки каната на барабан позволяет по сравнению с существующим снизить механический износ каната, продлить срок его службы, повысить безопасность эксплуатации подъемных установок, снизить затраты на их техническое обслуживание. Кроме того, расширяются технологические возможности применения подъемных машин за счет увеличения высоты (или глубины) спуска (подъема) груза при увеличении слойности навивки каната на барабан с учетом его плавного перехода между слоями и равномерной укладке в слое.

Источники информации
1. РД 05-94-95 Правила безопасности в угольных шахтах. – Самара: Дом печати, 1995, с.44, 380.

2. Правила технической эксплуатации угольных и сланцевых шахт. – М.: Недра, 1976, с.87, табл.29.

3. Patent US 4071205 31.01.1978 (прототип).

Формула изобретения

1. Способ многослойной навивки каната на барабан, содержащий цилиндрическую рабочую поверхность с профильной винтовой канавкой и ребордами, имеющими элементы перевода каната на уровень следующего ряда, заключающийся в навивке каната в несколько слоев с девиацией струны каната барабана, с укладкой витков каната с шагом, определяемым профильной канавкой, с подъемом витков каната в переходных зонах за счет применения элементов перевода каната на следующий слой навивки, отличающийся тем, что угол девиации струны каната обеспечивают в интервале = 30′1^o, а в переходных зонах уменьшают скорость навивки каната при укладке витков до V_к= 0,51,0 м/с.

2. Барабан для многослойной навивки каната, содержащий цилиндрическую рабочую поверхность с профильной винтовой канавкой и ребордами, имеющими элементы перевода каната на уровень следующего ряда, где в зазоре, образованном начальным витком и стенкой реборды в первом слое навивки, установлен вкладыш клиновидной формы, каждая реборда выполнена с цилиндрическими кольцевыми ступенями, а в конце каждого слоя уложенного каната в переходных зонах для первого слоя на цилиндрической поверхности барабана и на кольцевых ступенях реборд для последующих слоев размещены клинья подъема витков каната, отличающийся тем, что профильная винтовая канавка выполнена с шагом S= (1,20,05)d_к и глубиной нарезки h= (0,30,1)d_к, а радиус профильной канавки r_к= (0,50,6)d_к, где d_к – диаметр каната.

3. Барабан по п. 2, отличающийся тем, что опорная поверхность клиньев подъема витков каната выполнена с подъемом не более 0,2 мм/град.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 24.11.2006

Извещение опубликовано: 27.01.2008 БИ: 03/2008